Dual-Salt Localized High-Concentration Electrolyte for Long Cycle Life Silicon-Based Lithium-Ion Batteries

电解质 材料科学 阳极 锂(药物) 电极 化学工程 盐(化学) 热稳定性 光电子学 有机化学 化学 医学 工程类 内分泌学 物理化学
作者
Gaopan Liu,Meng Xia,Jian Gao,Yong Cheng,Ming‐Sheng Wang,Wenjing Hong,Yong Yang,Jianming Zheng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (2): 3586-3598 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acsami.2c17512
摘要

Silicon-based materials are considered the most promising anodes for next-generation lithium-ion batteries (LIBs) owing to their high specific capacity. However, poor interfacial stability due to enormous volume changes severely restricts their mass application in LIBs. Here, we design a fluoroethylene carbonate (FEC)-containing dual-salt (LiFSI-LiPF6) ether-based localized high-concentration electrolyte (D-LHCE-F) for enhancing the interfacial stability of silicon-based electrodes. It is revealed that the dominating LiFSI salt of superior chemical and thermal stability prevents the formation of corrosive HF, while the addition of FEC improves the interface stability by promoting the formation of protective LiF-rich SEI and increasing the flexibility of the interface. This robust and flexible SEI layer can adapt to substantial variations in the volume of silicon electrodes while preserving the integrity of the interface. The SiOx/C electrode using the unique D-LHCE-F retains up to 78.5% of its initial capacity after 500 cycles at 0.5C, well surpassing that of the control electrolyte (3.4% capacity retention). More notably, the cycle life of the SiOx/C||NCM90 (LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2) full batteries is effectively enhanced thanks to the stabilized electrode/electrolyte interfaces. The key findings of this work offer crucial knowledge for rationally designing electrolyte chemistry to enable the practical application of high-energy-density LIBs adopting silicon-based anodes.
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